面试题：MongoDB 插入文档时与事务相关的深度分析

Question

MongoDB 从 4.0 版本开始支持多文档事务。当在事务中插入文档时，可能会遇到网络故障、服务器崩溃等异常情况。请详细分析这些异常情况下 MongoDB 是如何保证数据一致性的，涉及到哪些机制，以及如何通过代码来优雅地处理这些异常以确保事务的完整性。

Answer 1

异常情况下 MongoDB 保证数据一致性涉及的机制

1. 日志机制
   • MongoDB 使用预写式日志（Write - Ahead Log，WAL）。在事务操作过程中，对数据的修改首先会记录到 WAL 日志中。即使遇到网络故障或服务器崩溃，在恢复时，MongoDB 可以通过重放 WAL 日志来恢复未完成事务的状态，确保已提交的事务对数据的修改是持久化的，未提交的事务不会对数据造成影响。
2. 两阶段提交（2PC）
   • 准备阶段：当事务发起时，MongoDB 会协调参与事务的各个节点（如果是副本集或分片集群）。每个节点会对事务中的操作进行验证和预执行，但并不真正提交数据修改。如果任何一个节点在准备阶段失败，整个事务将被回滚。
   • 提交阶段：只有当所有参与节点在准备阶段都成功后，协调者才会通知所有节点提交事务。如果在提交阶段部分节点出现网络故障等异常，MongoDB 会通过重试机制来确保提交操作的完成。对于无法恢复的节点，MongoDB 会根据节点的状态进行相应处理，例如将其从副本集或分片集群中移除，以保证整个集群的数据一致性。
3. 多版本并发控制（MVCC）
   • MVCC 允许在事务处理过程中，不同的事务可以同时读取数据的不同版本。在一个事务中，对数据的修改会创建一个新的版本。这确保了读取操作不会被正在进行的写入操作阻塞，同时也保证了在事务回滚时，数据可以恢复到事务开始前的状态。

通过代码优雅处理异常确保事务完整性

以下以 Python 的 PyMongo 库为例：

from pymongo import MongoClient
from pymongo.errors import (
    ConnectionFailure,
    OperationFailure,
    NetworkTimeout
)

# 连接 MongoDB
client = MongoClient('mongodb://localhost:27017')
db = client['test_db']

try:
    with client.start_session() as session:
        session.start_transaction()
        try:
            collection = db['test_collection']
            document = {'key': 'value'}
            collection.insert_one(document, session = session)
            # 假设这里进行其他事务操作
            session.commit_transaction()
        except (ConnectionFailure, OperationFailure, NetworkTimeout) as e:
            session.abort_transaction()
            print(f"事务出现异常，已回滚: {e}")
except Exception as e:
    print(f"连接或其他异常: {e}")
finally:
    client.close()

在上述代码中：

1. 异常捕获：
   • 使用 try - except 块来捕获可能出现的异常，如 ConnectionFailure（连接失败）、OperationFailure（操作失败，如违反唯一索引等）、NetworkTimeout（网络超时）。
   • 如果在事务执行过程中捕获到这些异常，通过调用 session.abort_transaction() 来回滚事务，确保数据不会处于不一致的状态。
2. 事务管理：
   • 使用 with client.start_session() as session 来创建一个会话，这是 MongoDB 事务的基础。
   • 在会话中通过 session.start_transaction() 启动事务，所有的数据库操作在事务块内执行，完成后调用 session.commit_transaction() 提交事务。这样可以优雅地处理异常，保证事务的完整性。